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Landshuter Leichtbau-Colloquium

Wie der Leichtbau die Spielregeln verändert

| Autor: Stéphane Itasse

Volle Ränge bei der Begrüßung zum 9. Landshuter Leichtbau-Colloquium: Rund 170 Teilnehmer waren gekommen.
Volle Ränge bei der Begrüßung zum 9. Landshuter Leichtbau-Colloquium: Rund 170 Teilnehmer waren gekommen. (Bild: Hochschule Landshut)

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Auch Berlin hat es begriffen: Der Leichtbau eröffnet neue technische Möglichkeiten. Ministerialrat Werner Loscheider vom Bundeswirtschaftsministerium bezeichnete ihn deshalb auf dem 9. Landshuter Leichtbau-Colloquium (LLC) als „Gamechanger“.

Rund 170 Experten waren zu der Veranstaltung in die Hochschule Landshut gekommen, wie die Organisatoren mitteilen. In 44 Vorträgen von Experten aus Universitäten, Hochschulen und Forschungseinrichtungen sowie von OEMs, Zulieferern und Dienstleistern wurden die Aspekte des Leichtbaus beleuchtet. Der Bogen reicht von der Entwicklung der Ausgangsmaterialien über die Untersuchung von Grenzflächen und Volumeneigenschaften, die Berechnung und Simulation bis hin zur Produktions-und Prozesstechnik.

Leichtbau spielt wichtige Rolle in der Industriestrategie 2030 der Bundesregierung

Der Leichtbau könne einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz leisten und die Bedeutung des Themas sei auch auf höchster Regierungsebenen angekommen, erläuterte Loscheider laut Mitteilung der Hochschule Landshut. In der nationalen Industriestrategie 2030 werde der Leichtbau als „Gamechanger-Technologie“ betrachtet. Im Rahmen der Initiative Leichtbau des Bundeswirtschaftsministeriums sei unter anderem ein branchen- und materialübergreifendes „Technologie-Transfer-Programm Leichtbau“ im Entstehen begriffen, in dem die erste Förderphase für Januar 2020 geplant sei.

Zwei Keynotes von Leichtbauexperten bildeten den Auftakt des Fachprogramms: Dr. Martin Hillebrecht, Leiter Competence Center Leichtbau, Werkstoffe & Technologien bei der Edag Engineering GmbH in Fulda, beleuchtete in seinem Vortrag „Neue Leichtbauprozessketten für das Fahrzeug von morgen" die Möglichkeiten und Herausforderungen an den Leichtbau entlang der Wertschöpfungskette. Die Herausforderungen der Mobilität, wie E-Mobility, Digitalisierung und autonomes Fahren, seien auch Gewichtstreiber. So wiege das Batteriesystem bei einem Fahrzeug zum Beispiel 540 kg, auch zusätzliche Sicherheitsansprüche müssten hier berücksichtigt werden. Leichtbau werde der strategische Hebel für die Weiterentwicklung des Automobils sein. In verschiedenen Projekten habe sein Unternehmen Fahrzeugkonzepte und Ansätze entwickelt, die von der Konstruktion und Produktion von Fahrzeugen bis zum Recycling reichen.

Teurer Leichtbau kann doch zu günstigen Systemen führen

So könnten beispielsweise Elektrofahrzeugen auf den Anspruch von kommerzieller Mobilität in Städten optimiert werden, mit zweckmäßigen Reichweiten, wenig Stauraum und langer Nutzungsphase. Dabei sieht er eine Möglichkeit für den Leichtbau in der Kombination vermeintlich teurer Einzeltechniken zu bezahlbaren Systemen, wie der Einsatz von hochumformbaren und hochfesten Stahlwerkstoffen, beplankt mit Dünnblech- oder Sandwichelementen. Im EU-Innovationsprojekt Fibereuse werde Wert auf geschlossene Wertschöpfungsketten gelegt, unter anderem durch die Entwicklung von Wiederverwertungswegen für GFK- und CFK-Verbunde. Bei der Betrachtung des Lebenszyklus seien wiederverwendbare Komponenten, zum Beispiel bei schwer recycelbare CFK-Strukturen, die für mehrere Fahrzeugleben konstruiert werden könnten, oder auch Reparaturkonzepte und lösbare Verbindungen, die ein Recycling ermöglichen, zielführend.

Mit einem Werkstoff, der trotz seines sehr hohen Leichtbaupotenzials nur bedingt Einsatz findet, dem Magnesium, befasste sich Prof. Karl Ulrich Kainer, Director Institute of Materials Research, Magnesium Innovation Centre am Helmholtz-Zentrum in Geesthacht. Er zeigte, dass zwar im Druckguss erzeugte Magnesiumteile wie Instrumententafeln oder Lenkräder, im Automobilbau eingesetzt werden, doch fänden Magnesiumbleche nur selten und bei kleineren Stückzahlen, zum Beispiel das Dachelement des aktuellen Porsche 911 GT3 RS (Gewichtsreduktion von 7,5 kg bei Stahl auf 2,3 kg bei Magnesium), Verwendung. Dies trotz technischen Fortschritten in der Herstellung: Die Produktion des Urmaterials sei durch neue Prozesse um ein Vielfaches CO2-emissionsärmer geworden, gerade durch die Herstellung von Blechen im Gießwalzverfahren seien neue Möglichkeiten entstanden und die Produktion deutlich kostengünstiger möglich. Er stellt Konzepte und Verfahren zu Oberflächenbehandlung, Beschichtung und neue Legierungen vor, mit denen Herausforderungen des Materials wie Korrosionsverhalten oder Brennbarkeit gelöst werden können. Ein ganz neues Anwendungsfeld für Magnesium bestehe in der elektrochemischen Energiespeicherung: In Metall-Luft-Batterien mit einem Magnesium-Hochleitungselektrodenmaterial könnten höhere Energiedichten als bei Lithium-Ionen-Batterien erreicht werden; die derzeitige Herausforderung liegt unter anderem in der Analyse und Kontrolle der Eigenkorrosion.

Leichtbau-Werkstoff Magnesium bahnt sich seinen Weg

Dass auch die Industrie in Volumenmodellen aktuell auf das Leichtbaupotenzial von Magnesiumblechen setzt, zeige der neue VW Passat B8. Dessen Hecklappe sei aus einer gießgewalzten Magnesium-Zink-Calcium-Legierung gefertigt und dadurch über 50 % leichter als eine vergleichbare Stahlkonstruktion, wie Prof. Dr.-Ing. Otto Huber, Initiator des Leichtbau-Colloquiums, erläutert. Um das Potenzial von Magnesiumblechen über einen virtuellen Produktentwicklungsprozess für die Großserie besser nutzen zu können, hat das Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK) zusammen mit der Paris Lodron Universität Salzburg im gemeinsamen Forschungsprojekt „nano to macro“ ein Verfahren zum Nachweis der Betriebsfestigkeit entwickelt. Dies sei Grundlage für die Auslegung von Bauteilen unter Berücksichtigung von realen Lastfällen und der Berechnung der Lebensdauer – und damit für den Einsatz des Materials in der Serienproduktion. In mehreren Vorträgen wurden Untersuchungen vom Materialverhalten gießgewalzter Magnesiumbleche auf der Nanoebene, der Werkstoffcharakterisierung auf der Mikro- und Makroebene, bis zur Entwicklung eines neuen Betriebsfestigkeits-Berechnungsverfahrens durch Vertreter der Projektpartner vorgestellt.

In jeweils drei parallelen Sessions an zwei Tagen wurden viele Aspekte des Leichtbaus beleuchtet. Die Themen der Sessions lauten:

  • Additive Fertigung,
  • Auslegung von Leichtbaustrukturen,
  • Betriebsfestigkeit,
  • Bionik,
  • Faserverbundwerkstoffe,
  • Hybride Strukturen,
  • Leichtbaukonstruktion,
  • Prozesstechnik,
  • Prüfverfahren,
  • Sandwichstrukturen,
  • Simulation und
  • Verbindungstechnik.

Viele Vorträge befassten sich mit Werkstoffthemen, von neuen Faserverbundwerkstoffen wie biogenen Heavy Tows auf Basis von Hanfbastrinde (Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.) und 3D-gedruckte Holzfilamente (Fachhochschule Salzburg) über neuartige schweißbare Edelstahl-Polymer-Sandwichstrukturen (Outokumpu Nirosta GmbH) bis hin zu Untersuchungen von Titan-Aluminium-Legierungen (Hochschule Landshut). Die gewichtsoptimierte Auslegung von Leichtbaustrukturen, beispielsweise von beanspruchungsgerechten Faserverbundbauteilen (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg), hybriden Leichtbaustrukturen (Universität des Saarlandes) oder diskreten Sandwichstrukturen, bei denen aus Beanspruchungsgründen in manchen Bereichen auf die Kernschicht verzichtet werden kann (Airbus Helicopters Deutschland GmbH), waren ebenso Thema wie Prüfverfahren, Betriebsfestigkeitskonzepte sowie Prozesstechniken. Dies unter anderem bei lokal verstärkten Triaxialgeflechten (BMW Group, Landshut), Hybridbauteilen aus Metallblechen und Langfaserthermoplasten (Universität Siegen) oder bei Carbon-SMC (Engel Austria GmbH) im Automobilbau.

Detailliert ausgearbeitete und begutachtete Beiträge über die Themen des 9. Landshuter Leichtbau-Colloquiums bietet der Tagungsband, der über den Leichtbau-Cluster erhältlich ist.

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